Природа современных геодинамических процессов в зонах разломов

  Для детального анализа и установления природы явления резкого усиления деформационных процессов в зонах разломов следует использовать феноменологический подход, поскольку именно этот подход используется в тех областях естествознания, когда объект наблюдения (в данном случае зона разлома) не доступен прямому наблюдению (измерению) в полном объеме.
С точки зрения феноменологического подхода необходимо выделить объект наблюдения как некоторую систему, которая выходит из состояния равновесия под влиянием различного вида воздействий.
Здесь используется именно термин «воздействие», как это принято в теории динамических систем [Могилевский, 1999]. В рамках этих представлений воздействие может быть как силовым, так и полевым.
Применительно к современной геодинамике результат силового воздействия, к примеру, — это аномальные деформации земной поверхности, возникающие из-за флуктуаций атмосферного давления (барические деформации), а полевого — это, например, тепловые деформации, которые возникают из-за воздействия температурного поля на земную поверхность.
Как уже отмечалось, современное гео динамическое состояние недр обусловлено совокупностью природных и техногенных воздействий. В свою очередь природные воздействия подразделяются по отношению к приповерхностному слою на эндогенные (внутренние) и экзогенные (внешние). Техногенные воздействия на недра распределены в достаточно узком слое среды, поэтому проводить их разделение на внутренние и внешние не представляется целесообразным.

По масштабам проявления любые воздействия бывают глобальными, региональными, зональными и локальными.
На рис. 2.1 представлена принципиальная схема формирования современного геодинамического состояния недр. Естественно, что каждый из видов воздействий имеет свою специфику и уровень интенсивности. Ниже будут рассмотрены основные характеристики каждого из видов воздействий на недра в отдельности.
Эндогенные воздействш
Эндогенные природные воздействия подразделяются по механизмам формирования на эволюционные, пульсационные и знакопеременные [Кузьмин, 1999; Сидоров, Кузьмин, 1989].
Эволюционные эндогенные воздействия — это процессы, протекающие с постоянной скоростью и направленностью. К ним относятся процессы выделения ядра из мантии, тепловая конвекция, изостазия и т.п.
Пульсационные эндогенные воздействия — это процессы, которые протекают с переменной скоростью, но постоянной направленностью. Это, например, горизонтальное перетекание вещества верхней мантии под корой с прерывистой скоростью, поднятие подошвы астеносферы с переменной скоростью и т.п.
Знакопеременные эндогенные воздействия — это процессы, характеризующиеся как переменной скоростью, так и переменной направленностью. Среди них - химико-плотностная конвекция, тепловая конвекция в мантии с частичным плавлением астеносфер- ного слоя, волны напряжений в верхних слоях астеносферы и т.п.
Длительность протекания этих процессов составляет интервал от 109 до 102 лет. При этом установлена четкая закономерность — уменьшение пространственно-временного масштаба процессов ведет к уменьшению глубины, размеров и длительности воздействия
источника аномальных геодвижений и наоборот.
Рис. 2.1. Схема формирования современного геодинамического состояния недр

Отдельно следует упомянуть земноприливные лунносолнечные деформации, которые имеют длительность от нескольких часов до нескольких недель и весьма малые амплитуды деформаций — 10 8—10“9. Эти воздействия можно в равной степени отнести как к экзогенным, так и к эндогенным воздействиям. Они являются экзогенными по местоположению источника воздействия (Луна и Солнце) и эндогенными по механизму проявления.
Экзогенные воздействия
Экзогенные природные воздействия являются значительно более быстро протекающими процессами. Они также бывают эволюционными, пульсационными и знакопеременными и подразделяются по своей природе на две группы: экзогенные геологические воздействия и экзогенные метеорологические воздействия.
Экзогенные геологические воздействия — это процессы, обусловленные в основном деятельностью поверхностных и подземных вод. К ним относятся овражно-балочные явления, заболачивание, сели, карсты, оползни, суффозионные и оползневые процессы и т.п. Длительность протекания этих процессов составляет месяцы и годы. Они имеют в основном эволюционную и пульсационную направленность. Глубина залегания этих воздействий не превосходит, как правило, нескольких десятков метров.
Экзогенные метеорологические воздействия — это деформационные процессы, обусловленные выпадением атмосферных осадков, изменением атмосферного давления и температуры.
Деформации земной поверхности, возникающие под воздействием выпадения атмосферных осадков, имеют регулярный (сезонный) и нерегулярный характер. Уровень деформаций, обусловленный этим метеорологическим фактором, незначителен и достигает величин порядка КГ8 — 10 9 [Курбанов, Изюмов, Кузьмин, 1984].
Гораздо более интенсивное воздействие на недра оказывают вариации атмосферного давления и температуры, которые обусловливают существование соответственно барических и температурных (термических) деформаций. Эти процессы имеют периодический (годовые и суточные колебания) и непериодический (циклоническая активность) характер.

Известно, что вариации атмосферного давления и температуры являются взаимосвязанными параметрами. Поэтому зачастую при анализе наблюдений трудно определить решающий вклад того юти иного фактора в формирование метеорологической деформации. Для этого необходимо проведение численных оценок в рамках выбранного механизма взаимосвязи.
Колебания атмосферного давления и температуры составляют соответственно десятки мбар (единицы кПа) и десятки градусов Цельсия (Кельвина). Однако деформационные отклики земной поверхности на воздействие изменения температуры на 10 °С (10 К) и изменения давления на 10 мбар (1 кПа) являются существенно различными.
В работе [Кузьмин, 1982] доказана следующая теорема.
Теорема. Температурные деформации земной поверхности всегда превосходят барические на 2—3 порядка.

Доказательство.Пусть имеются температурные — г, и барические —деформации земной поверхности, где
Е — модуль упругости Юнга приповерхностного слоя; ¦ — коэффициент температурного расширения верхних слоев Земли, вариация атмосферного давления;— изменения температуры. ¦ ^
Тогда отношение температурных и барических деформации будет иметь следующий вид:
(2.1)
Если использовать внесистемные единицы и выражатьв
барах и, учитывая, что для приповерхностных условий              бар,
ато произведениевсегда будет близко к едини
це и тогда из уравнения (2.1) автоматически следует справедливость сформулированной теоремы, т.к. температура изменяется в градусах, а атмосферное давление — в миллибарах.
Как показывают оценки [Кузьмин, 1982; 1990; Сидоров, Кузьмин, 1989], проведенные с учетом неоднородного распределения термоупругих свойств среды, суточные и годовые (сезонные) температурные деформации земной поверхности достигают величин порядка 10 5 .
50

Техногенные воздействия
Техногенные воздействия на недра подразделяются на физикомеханические, химические и биологические. Техногенные воздействия физико-механической природы имеют прямое отношение к проблемам современной геодинамики, а химические и биологические — косвенное, так как они в основном связаны с проблемами загрязнения окружающей среды.
К физико-механическим техногенным воздействиям относятся: наземное и подземное строительство, разработка месторождений полезных ископаемых, эксплуатация водоносных горизонтов и т.п., что приводит к изменению современного геодинамического (напряженно-деформированного) состояния недр.
Ниже будут приведены результаты детальных исследований геодинамической реакции недр на техногенное воздействие, обусловленное процессами разработки месторождений нефти и газа.
В целом следует отметить, что эндогенные, экзогенные и техногенные воздействия не могут напрямую являться причиной современных суперинтенсивных деформаций земной поверхности в зонах разломов.
Эндогенные воздействия глобального и регионального масштабов имеют слишком длительные (по времени) и обширные (по пространству) воздействия для того, чтобы объяснить локальные и знакопеременные деформации. Зональные и локальные эндогенные процессы (сейсмическая активность) не могут являться причиной возникновения СД в асейсмичных регионах.
Экзогенные геологические воздействия имеют в основном эволюционный характер и не объясняют знакопеременный характер СД-процессов. Кроме того, последние отмечались и в тех местах, где отсутствуют активные проявления поверхностных вод, а следовательно, и экзогенные процессы. Некоторые экзогенные метеорологические воздействия (температурные деформации) соотносятся по уровню и длительности с СД-процессами, но они, как правило, имеют строго периодический (годичный и суточный) характер и учитываются соответствующими метрологическими процедурами обработки данных.
Техногенные воздействия могут быть причиной возникновения аномальных деформаций земной поверхности, но только в мес-
51
тах интенсивного недропользования и не обязательно в зонах разломов.
Полученный же экспериментальный материал, несомненно, указывает на локальную пространственно-временную нестабильность (неустойчивость) процессов деформирования, имеющих место в пределах собственно разломных зон.
В связи с этим в основу объяснения СД-явлений должен быть положен такой механизм, который единым образом описывает как локальную неустойчивость и нестационарность процессов, их высокие амплитуды, так и повсеместность их проявления в регионах с различными сейсмотектоническими и геодинамическими режимами.
Если ограниченную в пространстве область выделить в качестве объекта наблюдения и оградить от воздействия окружающей среды, то по истечении некоторого промежутка времени внутри выделенной области (каковы бы ни были свойства заполняющей ее материи) прекратятся все наблюдаемые явления. Наступит состояние общего покоя. Такое состояние, однажды наступив, сохраняется сколь угодно долго и не может быть нарушено, пока система ограждена от воздействий окружающего мира.
Очевидно, что любая изолированная система находится в стационарном состоянии до тех пор, пока существует изоляция. Есть только единственная возможность вывести изолированную систему из стационарного состояния (состояния равновесия) — снять изоляцию.
В данном случае объектом наблюдения является участок земной поверхности, расположенный в пределах разломной зоны и находящийся под влиянием совокупности экзогенных и эндогенных воздействий природного и/или техногенного генезиса.
Учитывая, что разломные зоны, как области повышенной трещиноватости, являются зонами несомненного «нарушения изоляции» между объектом наблюдения и окружающего мира (окружающей среды), то именно эти зоны обеспечивают режим наибольшего благоприятствования для экзогенных и эндогенных воздействий при выводе системы из состояния равновесия.
Согласно традиционным представлениям динамика разломов обусловлена силовым воздействием меняющегося во времени регионального поля тектонических напряжений (эндогенное воздей- 52

Й,1?” "РИВ°ДИТ “ сдвиго"ь,“ перемещениям смежных объемов (блоков) среды, локализованных в пределах собственно разломных зон. В этом случае уровень приложенной нагрузки должен быть соизмерим (адекватен) с уровнем деформационного от- клика.
Однако многочисленные эмпирические данные входят в существенное противоречие с представлениями о степени адекватности приложенных воздействий и деформационных откликов среды.
Ниже приведены примеры, когда малые эндогенные и экзогенные воздействия приводят к аномально высоким (неадекватным) деформационным откликам среды.
На рис. 2.2 приведены результаты многолетних деформационных наблюдений в зоне Передового разлома Копетдага, который в период 1982—1990 гг. находился в состоянии явного сейсмического затишья, поскольку имела место только слабая сейсмичность (А 7 : 8); поэтому его следует отнести к слабосейсмичному.
На этом рисунке приведены также данные высокоточных прецизионных нивелирных наблюдений, которые проводились с повышенной пространственно-временной детальностью (расстояние между реперами 250—300 м, частота опроса — 1 раз в месяц). Этот профиль общей протяженностью 14 км пересекает разломную зону, которая выявлена по целому комплексу геоло-
\1~9amp;тГ]999] И ГИДР°Ге0Л0ГИческих параметров [Кузьмин,
Для детального анализа современной геодинамики данной раз- ломнои зоны результаты нивелирования сопоставлялись с данными непрерывных наклономерных наблюдений, которые осуществлялись в специально оборудованном наклономерном шурфе глубиной 25 м, в котором расположены две наклономерные станции системы А.Е. Островского, имеющие чувствительность на уровне одной угловой миллисекунды [Курбанов, Кузьмин, 1982]. С целью дифференциации пространственной картины вертикальных движений земной поверхности нивелирные данные представлены на графике
в виде двух участков («бортового» и «приразломного») единого профиля.


Учитывая, что бортовой участок имеет длину 5 км, а приразломный — 0,8 км, то данные превышений вертикальных отметок реперов переведены в угловую меру (путем деления на длину участков) и рассмотрены в режиме двух, расположенных друг за другом, длиннобазисных наклономеров. Это позволило провести сопоставление с маятниковыми наклономерными данными в едином масштабе.
Таким образом, проведено сопоставление трех наклономеров, два из которых расположены в бортовых зонах (см. рис. 2.2, а, б), а один — непосредственно в окрестности разломной зоны (см. рис. в).
Как видно из рис. 2.2, результаты нивелирных и наклономерных наблюдений, полученные в бортовой части разломной зоны, хорошо согласуются между собой. Их трендовые вариации незначительны и за неполные девять лет меняются в пределах 0,2-г0,3 угловых секунд (порядка 10 7/год). На фоне практического отсутствия тренда отчетливо прослеживаются сезонные (температурные) наклоны земной поверхности.
Иными словами, в рассматриваемый промежуток времени (около 10 лет) не происходили существенные изменения регионального поля напряжений во времени, т.е. активизация во времени регионального эндогенного воздействия была минимальна.
В то же время, как следует из рис. 2.2, в, характер деформирования земной поверхности в приразломной зоне имеет принципиальное отличие. Видно, что временной ход кривой имеет явно выраженный неоднородный характер. Амплитуды аномальных изменений достигают величин 1,5—2,0 угловых секунд (порядка 10~5), их временная структура содержит колебания с периодами от 3—4 до 2—2,5 лет.
Очевидно, что имеет место «собственная», локальная динамика разломной зоны со своей временной структурой и аномально высоким уровнем деформаций.
Однако самое примечательное состоит в том, что временная структура деформационного процесса в зоне разлома сильно коррелирует с ходом выпадения атмосферных осадков (рис. г), который построен по данным метеостанции «Гаудан», расположенной в горах, на расстоянии 40 км к югу от зоны разлома.

Очевидно, что прямое деформационное воздействие выпадения осадков на земную поверхность не может обеспечить наблюдаемый уровень деформационных аномалий, как минимум, по двум причинам: во-первых, столь малое количество выпавших осадков (70—100 мм в год) не может вызвать деформацию на уровне двух угловых секунд. Как показывают оценки, аномальные деформации, обусловленные таким уровнем атмосферных осадков, создают наклоны деформации в 0,01-—0,05 угловых секунд (5-КГ8 — 2,5-10-7); во-вторых, если бы атмосферные осадки вызывали столь значительные деформации земной поверхности, то они бы обязательно отразились на данных «бортового» нивелирного участка (см. рис. 2.2, б), которые получены на едином нивелирном профиле в рамках единой методики измерений.
Анализ гидрогеологической обстановки показал, что областью питания приразломных, глубинных вод являются осадки, выпадающие в горах, где и расположена метеостанция.
В этом случае периодическое увеличение и уменьшение уровня выпавших осадков в горах, которые инфильтруются в зону разлома, может менять величину порового давления приразломного флюида, что приводит к адекватным деформациям разломной зоны.
Однако, как показывают оценки, амплитуды изменений порового давления явно малы и составляют величины не более 0,001 МПа (0,01 бара или почти 0,01 атмосферы). Эти нагрузки способны вызвать деформационный отклик не более чем 10'7, в то время как наблюдения зафиксировали деформации на два порядка больше (КГ7 и более) [Кузьмин, 1999]. То есть имеет место возбуждение СД-процессов крайне малыми по величине воздействиями.
Другой пример неадекватно большого деформационного отклика на малые воздействия представлен на рис. 2.3, где показаны временные изменения вертикальных движений земной поверхности по различным станциям (секциям) нивелирного профиля, который был описан выше в связи с анализом соотношений деформационных и сейсмических процессов в Камчатском сейсмоактивном регионе.
56


Рис. 2.3. Изменение превышений на нивелирных станциях. На горизонтальной оси показано время измерений, левая вертикальная ось соответствует изменению превышения в миллиметрах, правая ось показывает классы произошедших землетрясений              к


Из графика следует, что имеет место резкое различие между характером временного хода и амплитудами аномальных деформаций для станций № 5 и 6 (см. рис. 2.3, а) и станций № 12 и 17 (см. рис. 2.3, б). Фигурными скобками и римскими цифрами на графике обозначены аномальные периоды деформационной активности.

Противофазное поведение 5-й и 6-й станций свидетельствует о локальных проседаниях земной поверхности. Отсюда следует, что на станциях № 5 и 6, расположенных в зоне разлома (активные станции), отмечены аномальные смещения на уровне 10 см, а на станциях № 12 и 17 (неактивные станции), которые находятся в бортовой части (вне разломной зоны), смещения достигают величин на 1,5—2 порядка меньше.
Особенно характерен аномальный период III, предварявший Камчатское землетрясение 2 марта 1992 г. [Кузьмин, 1999; Kuzmin, Churikov, 1999], который был уверенно зафиксирован всеми станциями.
Примечательно, что, как и в случае с Передовым разломом Копетдага, временной ход деформационного процесса в пределах приразломных пунктов имеет более сложную временную структуру.
Эти аномальные деформационные процессы были отмечены в трех местах на профиле (рис. 2.4). Видно, что разломная зона представлена тремя аномальными проседаниями типа у. Характерным для всех трех аномалий является ярко выраженный пульсационный характер просадок. Периоды интенсивного опускания перемежаются с периодами относительного покоя, затем процесс проседания возобновляется.
В отдельные промежутки времени наблюдаются периоды незначительных (меньших на порядок) инверсионных движений. Амплитуды локальных максимумов в этот период незначительно уменьшаются. Однако в целом имеет место устойчивая тенденция к пульсационному, последовательному проседанию локальных участков земной поверхности. Ширина аномалии колеблется от 200 до 500 м, а их амплитуда достигает 10—12 см, длительность пульса- ционных процессов заключена в интервале от нескольких недель до нескольких месяцев.
Важно заметить, что в течение всего периода формирования деформационных, аномалий данная разломная зона и ее ближайшие окрестности были практически асейсмичны.
Принципиальным является тот факт, что процесс подготовки Камчатского землетрясения 2 марта 1992 г. с М- 7,1, которое произошло на расстоянии 100 км от нивелирного профиля, проявился в разломной зоне с амплитудой на 1,5—2 порядка интенсивнее, чем в бортовой части. Примечательно, что воздействие от процесса 58

Рис. 2.4. Вертикальные смещения поверхности на нивелирном профиле относительно первого репера


подготовки землетрясения, которое, затухая, достигает в окрестности^ нивелирного профиля уровня деформации порядка 10 , в зоне разлома отмечается деформацией около 10'^ [Кузьмин 1999; 2002].              L У ’
Из теории колебаний хорошо известно, что любую систему вывести из состояния равновесия (возбудить систему) можно двояким образом: либо посредством внешнего силового воздействия на систему в целом, либо путем возмущений внутренних параметров системы, предварительно нагруженной извне [Хайкин, 1971].
Такой тип вывода системы из состояния равновесия назван в физике параметрическим возбуждением. Наиболее часто приводимый пример параметрического возбуждения процессов — это человек, который, приседая и вставая на качелях, может раскачать сам себя, без вмешательства внешней, вынуждающей силы. В этом
случае предварительно нагруженная система-маятник «человек
качели» изменяет свой параметр (длину маятника, как расстояние от точки подвеса до центра тяжести), что приводит к выводу ее из состояния равновесия. Принципиально важно, что возбуждающие силы действуют не в направлении совершающихся колебаний, а в перпендикулярном направлении.

Таким образом, очевидно, что эти силы не могут непосредственно совершать работу над колебательной системой. Работа совершается силой веса человека и вкладывается в систему посредством изменения ее параметра.
Возвращаясь к проблемам современной геодинамики разломов, можно утверждать, что СД-процессы, обусловленные флуктуациями внутренних параметров среды в обстановке региональных квазистатических полей напряжений, есть ярко выраженный пример параметрического возбуждения.
Энергетика возникновения этих процессов представляется следующим образом. Существующие в геологической среде длительное время региональные, квазистатические силы (напряжения) тектонического и гравитационного генезиса производят работу на локальных перемещениях (деформациях), которые вызваны изменениями во времени жесткостных характеристик в локализованных фрагментах разломов, обусловленными малыми, индуцированными воздействиями на внутренние параметры среды разломных зон. Именно поэтому эти деформации были названы параметрическими [Кузьмин, 1986; 1990; 1998эл; 1999; 2002а; 2002эл].
В рамках этих представлений становится очевидным происхождение аномальных деформаций в зоне Передового разлома Ко- петдага под воздействием атмосферных осадков. Периодическое изменение эффективной жесткости флюидонасыщенной разломной зоны, за счет вариаций порового давления в такт выпадающим осадкам, приводит к тому, что постоянно нагруженная тектоническими и гравитационными усилиями разломная зона начинает деформироваться периодическим образом.
Аналогичным образом возникли СД-аномалии и в разломной зоне на Камчатке, когда процесс подготовки землетрясения привел к уменьшению жесткостных характеристик флюидонасыщенной трещиноватой среды, изначально тектонически и гравитационно нагруженной разломной зоны, что привело к локальным проседаниям земной поверхности.
Тот факт, что в рассмотренных, примерах суперинтенсивные деформации вызываются малыми воздействиями, позволяет отнести эти процессы к разряду индуцированных.
Следует особо остановиться на термине «индуцирование». А.В. Николаев [Николаев, 1994] при рассмотрении эффектов наве-

денной сейсмичности использует понятие «индуцированный» как «вызванный» (от английского to induce — вызывать, принуждать).
Однако авторы данной работы обращают внимание на то, что происхождением термина «индуцированный» мы обязаны Ф. Бэкону и М. Фарадею, которые ввели термин «индукция» (от английского the induction — наведение) и который описывает процессы выведения из равновесия физических систем малыми, подчас «не очевидными» воздействиями.
Естественно, что можно для описания индуцированных процессов использовать и русское значение данного термина. Однако, отдавая дань существующей в физике традиционной терминологии, авторы предпочитают сохранить ее и в геофизике. В противном случае пришлось бы говорить не о законе электромагнитной индукции, а о законе электромагнитного наведения, или о наведенном излучении, наведенных переходах и т.д.
В этом смысле современные суперинтенсивные деформации (СД) разломных зон — это параметрически индуцированные тектонические деформации геологической среды [Кузьмин, 1996; 1999; 2002а; 2002эл].
Из вышеизложенного следует, что существуют два варианта формирования локальных деформационных аномалий в зонах разломов (рис. 2.5): вариант I — зона разлома представляет собой ослабленный участок среды, вдоль которого происходят дифференцированные движения блоков, напрямую обусловленные вариациями во времени поля напряжений; в варианте II реализуется механизм параметрического возбуждения (индуцирования) аномальных деформаций в зоне разлома. В этом случае региональное поле напряжений квазистационарно, а разломная зона представляет собой параметрически возбудимую (малыми воздействиями) активную среду.
Рассматривая физическую природу возникновения импульса СД, необходимо иметь в виду следующее. Геологическая среда в современном нам (реальном) масштабе времени находится под влиянием системы внешних и внутренних (экзогенных и эндогенных), квазистатических (глобальное и/или региональное поле напряжений) и динамических (приливы, неравномерное вращение

Земли, процессы подготовки землетрясений, взрывы, сейсмические волны, техногенные нагрузки и т. д.) воздействий. В разломных зонах, особенно осадочных бассейнов, постоянно присутствует и перераспределяется динамически активная и химически агрессивная флюидная система. Взаимодействие и совокупное влияние всех этих факторов реализуется, в первую очередь, в условиях повышенной концентрации дефектов среды, т. е. в зонах разломов с неустойчивыми механическими характеристиками, посредством кратковременных флуктуаций жесткостных характеристик горных пород в локальных объемах. Следствием этого процесса является возникновение СД-аномалий [Кузьмин, 1996; 1999].
Для количественной оценки соотношения региональных и локальных геодинамических процессов, а также для определения места параметрических деформаций в общем ходе процесса деформирования естественнее всего представить рассматриваемую геологическую среду как упруговязкую.
Следуя типичным процедурам реологии, скорость упруговязкой деформации ёув можно представить в виде суммы скоростей упругой ёу и вязкой ёв компонент.


СуВ ?у ?в-


Тогда согласно работе [Кузьмин, 1988] для упруговязких сред с нестабильными во времени упругими характеристиками можно из формулы (2.2) записать в форме



где              напряжение и его изменение во времени; ;              мо
дуль упругости (например, Юнга) и его вариации; п — вязкость среды.
Уравнение (2.3) является аналогом уравнения Максвелла для сред с нестабильными во времени упругими характеристиками. Действительно, в случае неизменности упругих свойств (Ё -gt; 0) уравнение (2.3) переходит в уравнение Максвелла:
(2.4)
Рассматривая уравнение (2.3) применительно к проблеме формирования локальных деформационных аномалий, можно отметить, что^пульсационный и знакопеременный характер выявленных движений (см. рис. 1.8; 2.4) позволяет пренебречь третьим слагаемым в уравнении (2.3). Это слагаемое описывает состояние унаследованного движения прошлых геологических эпох.

В этом случае уравнение (2.3) трансформируется в



Уравнение (2.5) отражает два варианта формирования локальных деформационных аномалий в зонах разломов (см. рис. 2.5).
Учитывая, что СД-процессы короткопериодичны и пульсаци- онны. они наиболее естественным образом объясняются только с позиций второго варианта — параметрически индуцированного возбуждения разломных зон.
С другой стороны, эндогенные воздействия на разломную зону определяют, в первую очередь, региональный фон и характер напряженного состояния, которое задает граничные (внешние) условия при описании локальных деформационных аномалий.

В ряде предыдущих публикаций [Кузьмин, 1989; 1996; 1999; Сидоров, Кузьмин, 1989] было показано, что такие глубинные процессы (эндогенные воздействия), как тепловая и химикоплотностная конвекция, мантийный диапиризм, изостазия и т.д., крайне затруднительно использовать для объяснения природы СД- процессов с периодичностью КГ1 lt; Т lt; 101 лет и размерами аномалий 0,1—10 км. Таким образом, региональные эндогенные природные воздействия являются стационарными по отношению к длительности протекания локальных СД-процессов.
В этой связи можно полагать, что локальные деформационные процессы, регистрируемые многократными геодезическими наблюдениями в зонах разломов, обусловлены в основном «внутренними» источниками (параметрически индуцированными деформациями), а региональные геодинамические процессы обеспечивают квазистатический уровень приложенных напряжении, характер которых определяет конкретную морфологию аномалий.
Тот факт, что СД-аномалии являются результатом параметрического индуцирования, позволяет считать их существенно нелинейными процессами.
Как известно, самое общее определение нелинейных систем - это отсутствие того, что называется принципом линейной суперпозиции. Этот принцип заключается в том, что суммарный, результирующий эффект от нескольких независимых воздействий равен сумме эффектов, вызываемых каждым воздействием в отдельности. В случае возникновения СД-процессов имеет место явная нелинейность, когда малые воздействия приводят к аномально большим (до з порядков) откликам среды на эти воздействия.
Крайне важно в этой ситуации помнить, что в нелинейных, неустойчивых системах принципиальным образом меняются представления о характере причинно-следственных связей. В устойчивых системах меры причин и следствий всегда одного порядка. В неустойчивых, существенно нелинейных системах малые, по уровню, причины могут привести к большим последствиям. В этих системах причиной явлений следует считать саму неустойчивость.
Все это позволяет считать, что явление СД-процессов относится к разряду эффектов изучаемых теорией самоорганизации открытых физико-химических систем.
В рамках этих представлений для эффектов самоорганизации характерны следующие наиболее принципиальные черты. Во- первых, должно быть так, чтобы небольшие изменения какого-то

элемента системы могли бы привести к принципиально иному характеру ее поведения. Во-вторых, и это очень важно, чтобы в результате такого изменения элемент приобрел способность интенсивно отбирать энергию из окружающей среды. Другие флуктуации в среде, в достаточно большой области около самоорганизующегося элемента, начнут при этом подавляться в силу требования закона сохранения энергии.
Для начала процесса необходимо, чтобы в системе появились микроскопические образования, склонные к бифуркациям (состояниям неустойчивого равновесия). Тогда, обусловленная малыми воздействиями, микрофлуктуация может запустить процесс нарастания неустойчивости и привести к макроскопическому эффекту.
В этом проявляется один из важнейших и общих законов нелинейных процессов: всякое развитие сложной системы, выражающееся в появлении нового качества, возможно только при наличии в системе флуктуаций, склонных к разрастанию [Пригожин, 1985].
В свете рассмотренных выше закономерностей формирования современных суперинтенсивных деформаций земной поверхности в зонах разломов становится очевидным, что это явление полностью соответствует представлениям теории самоорганизации открытых, нелинейно функционирующих систем, которая так бурно развивается в последние годы.
При этом укоренилось мнение, что нелинейные системы стали изучать только в конце 20-го столетия в связи с развитием методов синергетики и теории самоорганизации. Однако не будем забывать, что еще в 1876 г. Дж.К. Максвелл во введении к книге «Материя и движение» писал: «... бывают случаи, в которых небольшое начальное изменение может произвести очень большое изменение в конечном состоянии системы...». 
<< | >>
Источник: Кузьмин Ю.О., Жуков В.С.. Современная геодинамика и вариации физических свойств горных пород. — 2-е изд., стер.. 2012

Еще по теме Природа современных геодинамических процессов в зонах разломов:

  1. 4. Политическая жизнь в зонах оккупации
  2. Политическая жизнь в западных зонах
  3. § 4. СОВРЕМЕННЫЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
  4. ОСОБЕННОСТИ ПОЛИТИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА В СОВРЕМЕННОЙ РОССИИ
  5. Национальный характер и современные социальные процессы
  6. Изменения в производственном процессе и современный характер государственно-монополистического капитализма
  7. Надлом этномиграционных процессов среди русского населения СССР и современной России
  8. 1.3. Стратегии развития предприятия и современные требования к процессам формирования системы управления персоналом
  9. Ю. Н. ПАХОМОВ. Ю. В. ПАВЛЕНКО. ЦИВИЛИЗАЦИОННАЯ СТРУКТУРА СОВРЕМЕННОГО МИРА Том I ГЛОБАЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАЦИИ СОВРЕМЕННОСТИ, 2006
  10. 10.1. СУЩНОСТЬ КОММУНИКАЦИОННОГО ПРОЦЕССА. ЭЛЕМЕНТЫ ПРОЦЕССА КОММУНИКАЦИИ
  11. Кузьмин Ю.О., Жуков В.С.. Современная геодинамика и вариации физических свойств горных пород. — 2-е изд., стер., 2012
  12. МАГМАТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ (процессы ассимиляции и дифференциации магмы)
  13. Социализация природы